物理論文投稿電渦流傳感器在硬幣識別系統中的應用

　　由電渦流傳感器檢測元件結合單片機技術和電子電路，是實現硬幣識別的有效途徑，以下是小編搜集整理的一篇物理論文投稿：探究電渦流傳感器在硬幣識別系統中應用的論文范文，供大家閱讀參考。

 

　　【摘要】隨著各種假硬幣的出現，如何識假硬幣成了一個需解決的麻煩問題。本文給出的基于電渦流傳感器的硬幣識別系統，其原理是根據真硬幣的尺寸、材質等特征，利用電渦流傳感器通過不同材質的硬幣時會產生不同的頻率，結合單片機優越的性價比設計了一個具有自學習功能的硬幣識別電路，實現了對假幣、殘幣、游戲幣實時、準確的辨識。文中介紹了硬幣識偽原理、硬件組成和相關實驗數據。

 

　　【關鍵詞】電渦流傳感器;偽幣識別;AT89C2051

 

　　一、引言

 

　　隨著自動投幣機的廣泛使用，社會上一些不法分子該意地研究現有硬幣的形態、材質，并依此制造出能以假亂真的偽幣，這些偽幣流入市場后導致了自動投幣機不能正常工作，給相關部門造成經濟損失。據有關方面統計，某公交部門先后從公交車上設置的投幣箱內，半年月內清理出壹元金屬假幣重達1.1噸。這種行為不僅造成了巨大的經濟損失，同時也對自動投幣機的制造企業提出了強硬的挑戰。

 

　　二、硬幣識別存在的問題

 

　　我國硬幣的種類繁多，這給硬幣的防偽、識別帶來相當大的難度，有許多自動投幣機無法實時、準確地辨識假幣和游戲幣。硬幣識別的主要技術問題是硬幣的檢測方法，核心是檢測傳感器性能的優劣。傳統的投幣機是以幾對紅外發射、接收對管作為傳感器，利用硬幣遮光原理來測定硬幣的直徑，這種方法精度差，無法識別相同直徑但不同材質的假幣，使偽造的人民幣、游戲幣等可以蒙混過關。近年來，人們開始采用電容(或電感)三點式振蕩電路的方式來進行檢測，雖然已經較大地提高了檢測精度，但仍然不能滿足實際檢測精度的需要。

 

　　三、硬幣識別系統的工作原理

 

　　硬幣識別系統的原理框圖如圖1所示，其基本工作過程為：當硬幣通過電渦流傳感器時會在其中產生相應的電渦流，信號調理與檢測電路通過適當變換，將電渦流信息轉換成相應的數字量供AT89C2051單片機進行實時分析處理。單片機的處理結果用于控制硬幣計數控制電路及聲光報警電路的工作，完成對硬幣的識別任務。

 

　　由電渦流傳感器為檢測元件構成的硬幣識別系統，是針對我國目前發行的1元硬幣的金屬原材料專門設計的。當硬幣通過投幣入口進入投幣機的路徑時，電渦流傳感器是利用磁路中磁阻變化，并在置于其中的導體內產生電流，這種電流的流線在金屬導體內是閉合的(所以叫做渦流，或稱電渦流)。此電流還會產生一個交變磁場來阻礙外磁場的變化。從其能量角度來看，因為在被測導體內存在電渦流損耗也會產生電磁效應，因此它既會產生焦耳熱，又要產生磁滯損耗，造成交變磁場能量的損失。這些能量的損耗會使傳感器的等效電抗Z、等效電感L和品質因數Q值發生變化。假如使得傳感器與被測導體間的距離保持不變，則傳感器的輸出參數將與被測導體材料的電導率、磁導率成函數關系，若以正弦振蕩電流為激勵電路，則系統的頻率函數關系的一般形式是：

 

　　當線圈與金屬導體之間的距離固定，即d不變時，傳感器輸出信號的頻率只與磁場中的金屬導體材料的固有性質有關，即信號頻率受線圈電感L的影響。當硬幣靠近線圈時，電感L將發生變化，則正弦波頻率f也必將發生相應的變化。因此信號頻率的變化反映了硬幣的材質特征，所以可以通過測量傳感器信號的頻率來獲得分辨真假、幣值的依據。利用這個關系可以用來測量金屬材料的電導率、磁導率等參數。這些參數與導體的材質、幾何形狀等因數有著一定的關系。找出不同金屬材質和體積對系統磁場信息的影響大小而產生的微弱差異，經信號調理電路將這些信號進行處理，之后通過單片微型計算機對所采集數據的智能分析，就能完成對金屬硬幣的識別。

 

　　四、電渦流傳感器硬幣識別系統的實驗數據

 

　　表1是由電渦流傳感器為檢測元件構成的硬幣識別系統在固定的位置上進行測試時的部分實驗數據。

 

　　由上述實驗數據可知：

 

　　硬幣在同一位置所檢測出來的頻率也會有變化，這是因為硬幣在運動過程中對傳感器的影響程度有差別，同時也說明不同硬幣的材質還是有一些細小的差別。另外還可看出硬幣在1#位置頻率最大值與頻率最小值之差為0.85;而在2#位置頻率最大值與頻率最小值之差為0.57，這些都表示硬幣本身也存在離散性。

 

　　硬幣在通過投幣入口進入投幣機特定電路組成的電渦流傳感器的二個不同位置時所產生的頻差的范圍是0.61-0.66;而偽幣在通過該特定電路組成的電渦流傳感器的二個不同位置時所產生的頻差的范圍是0.72-0.87。單片機的軟件程序可據此進行分析，從而識別出偽幣。

 

　　五、結束語

 

　　由電渦流傳感器檢測元件結合單片機技術和電子電路，是實現硬幣識別的有效途徑，利用智能硬幣識別系統可以識別偽幣。但從實驗數據中也可以看到，硬幣頻差的最大值0.66和偽幣頻差的最小值0.72之間的差值較小，因此，要想得到性能更為優良的偽幣識別系統還須找到性能更好的檢測傳感器。

 

　　參考文獻

 

　　[1]楊寧.單片機與控制技術[M].北京航空航天大學出版社,2005年3月第1版.

 

　　[2]【美】E.M..珀塞爾,著.電磁學[M].北京:科學出版社,1979年6月第1版.

 

　　[3]中國電子學會.傳感器與執行器大全[M].北京:機械工業出版社,2005年1月第1版.